液体火箭发动机气液同轴式喷嘴混合特性实验研究

本文通过实验研究了液体火箭发动机气液同轴离心式喷嘴的混合特性。利用两相探针技术,测量了喷嘴下游喷雾流场中气液流强和混合比分布,考察了喷嘴缩进比和气液喷注压降等参数对混合特性的影响。结果表明,气液同轴离心式喷嘴的缩进比对喷嘴混合特性有较大影响,增大缩进比将导致更窄的气液流强分布和更均匀的混合,而改变气液喷注压降将导致不同的流强和混合比分布规律。     

模型三组元喷嘴雾化SMD变化规律

为了充分研究新型三组元喷嘴的内混腔雾化特性 ,设计了模型喷嘴进行多工况试验。试验发现 ,维持气体或液体压降不变 ,改变另一种介质的压降 ,会得到不同的雾化平均直径随气体压降或液体压降 ,以及气液比ALR的变化曲线 ,这些曲线有着明显的规律。大量试验表明 ,虽然平均直径SMD随气体压降或液体压降的变化曲线明显不同 ,但其随气液比的变化规律却趋于相同     

气液同轴离心式喷嘴雾化特性实验研究

采用自行设计的两相喷雾实验设备和测量装置,通过ＭＦ激光散射测粒仪,对液氧液氢火箭发动机所用量气液同轴离心式喷嘴后方喷雾液滴的平均直径ＭＭＤ和液滴尺寸分布指数ｎ等雾化特性,进行了试验研究,测量了Ａ型喷嘴在不同气体和液体喷注压降、不同空间位置的喷雾特性。分析了气体喷注压降一定时液体喷注压降对雾化特性的影响规律,以及当液体喷注压降一定时气体喷注压降对雾化特性的影响规律,得出了一些有意义的结论。研完结果对气液同轴离心式喷嘴设计有一定的指导意义。     

同轴环缝气流作用下锥形液膜线性稳定性分析

为了分析气液同轴离心式喷嘴的雾化机理，对同轴气体作用下的锥形液膜进行时间稳定性分析，推导同轴气体作用下锥形液膜的色散方程，建立离心式喷嘴出口参数预测模型，用于数值求解色散方程。结果表明：喷嘴出口液膜厚度随着喷注压降的增加而减小，喷雾锥角、液膜速度和轴向速度随着喷注压降的增加而增大。同轴气体作用下液膜由正弦模式的表面波主导，因为正弦模式的表面波增长率远大于曲张模式的表面波增长率。当环缝气体喷注速度较小时，增加气体速度会减小气液相对速度，从而减弱气液相互作用，使得液膜主导表面波增长率和频率减小、破碎时间和破碎长度增加。而当环缝气体速度超过一个临界值后，随着气体速度的增大，液膜主导表面波增长率和频率迅速增大，破碎时间和破碎长度迅速减小。     

同轴离心式喷嘴两相喷雾浓度场理论计算模型

提出了模拟两相喷雾流场的液滴湍流弥散过程的模型。该模型采用了轨道扩散模型的基本思想,把液雾尺寸分布按液滴直径分成有限尺寸组,每组液滴都追随各自的平均轨道。计算平均轨道时每组液滴就像一个液滴的行为。与随机轨道模型不同的是本模型考虑同一组内的液滴在流场中的湍流扩散,认为每一液滴尺寸组中的液滴以其平均轨道为中心有一个高斯分布。     

气液同轴双离心式喷嘴喷雾特性

采用流体体积方法分析涡流器离心式喷嘴内部流动过程,采用单反相机和相位多普勒测速仪测量离心式喷嘴、气液同轴双离心式喷嘴的喷雾特性。发现涡流器离心式喷嘴内部流动的总压损失主要发生在涡流器槽道入口、收敛段和等直段。等直段使液膜厚度减小,喷雾锥角减小。离心式喷嘴喷雾粒径分布范围沿径向逐渐增加,轴向速度分布范围沿径向先减小后逐渐增加。气液同轴双离心式喷嘴喷雾特性受气液比影响很大,气液比小时旋流空气使喷雾锥角增加,粒径分布范围减小;气液比大时,气体膨胀压缩喷雾,使大液滴能够到达喷雾中心,喷雾外侧为二次雾化成的细小液滴。     

气液同轴式喷嘴缩进比对雾化细度影响的实验

缩进比是液体火箭发动机气液同轴式喷嘴设计中一个重要参数。本文对缩进比对喷嘴雾化特性的影响进行了实验研究。结果表明;在不同工作参数下不同缩进比的喷嘴,其雾化特性有一定的差别。缩进比对雾化细度的影响不如其对雾化的流强和混合比分布及噪声等的影响明显。在气侧压降较小时,缩进比过大过小都不利于雾化;而在气侧压降较大时,缩进比较大或较小都会对雾化有一定的改善。但当缩进比过大时,气液之间的相互作用会使得液体喷注压降明显地波动。     

超高压喷射条件下常态燃油的喷嘴内部空化流动特性仿真研究

利用FIRE软件建立了喷油器内部流场的仿真模型并基于超高的燃油喷射压力进行了数值计算,同时分析了喷油器内部气液两相流场的三维流态以及空化流动特性。结果表明:超高的燃油喷射压力更有利于增强空化效应;喷孔出口压力对孔内的空化效应具有抑制作用;在适当范围内增大喷孔直径可以使空化效应更加明显,扩大燃油高流速区域并促进燃油射流的破碎。     

高速气流条件下的喷嘴与火焰稳定器匹配特性研究

针对亚燃冲压发动机燃烧室内部流动特点,在二元稳定器气流试验装置中使用拍摄OH基自发光辐射的方法,研究了火焰稳定器与喷嘴以不同间距匹配情况下的燃烧特性,利用气液两相流模型数值仿真手段,分析了试验工况下燃油雾化液滴与稳定器后方油气比的分布情况.通过对比分析认为,高速气流条件下喷嘴与火焰稳定器间距变化对反应流场影响明显,喷-...     

水下航行器燃烧室两相流燃烧数值模拟

提出水下航行器燃烧室中两相流燃烧数值模拟方法.采用k-ε双方程湍流模型、涡耗散燃烧模型、离散相液滴模型进行数值模拟,得到单组元推进剂燃烧的速度场、温度场、浓度场的分布.研究了喷嘴压差、环境背压对燃烧的影响,得出了一定范围内,增大喷嘴压差、增大环境背压可以增强燃烧效果的结论.     

磁流变液制备过程中球料比对其性能的影响

以羰基铁粉为悬浮相，硅油为分散相，采用高速球磨机球磨分散的方法制备磁流变液，考察了磁流变液制备过程中球料比对其零场粘度、沉降稳定性、流变性能的影响。利用NXS-11A旋转粘度计、自然沉降法分别对磁流变液的零场粘度、流变性和沉降稳定性进行了测试，研究发现球料比对磁流变液的粘度和沉降稳定性影响很大。随着球料比的不断增加，其粘度呈现出先减小后增大的趋势，当球料比为3：9时，所获得零场粘度最低。其沉降稳定性与粘度有很好的对应关系，即粘度大的沉降速率慢，粘度小的则沉降速率快。在磁流变液组成成分不变的情况下，制备磁流变液的过程中可以通过改变球料比的方法来改变磁流变液的零场粘度和沉降稳定性。     

溅板式层板喷注单元燃烧特性数值分析

为了获得喷注单元结构参数对喷注器燃烧特性的影响规律,利用数值分析方法对单喷嘴溅板式层板喷注单元气-气燃烧特性进行研究,考察燃烧室特征长度及出口层喷嘴宽度对气氧/甲烷流动及燃烧特性的影响。在求解气-气燃烧流场方面,采用带化学反应的湍流N-S方程进行描述,其中化学动力学反应模型采用简化的单步9组分模型。研究结果表明:燃烧室特征长度的增大有利于特征速度效率的增加;该条件下采用溅板式层板喷注单元所对应的燃烧室特征长度约为600 mm。对比分析发现,出口层喷嘴宽度取0.15 mm时,水组分摩尔分数与热力计算值差别最大;当其值取1.05 mm时,燃烧室头部区域截面温度上升最快,取0.45 mm时上升最慢。总的来说,出口层喷嘴宽度取0.75 mm时,燃烧长度最短,燃烧效率最大。     

离心式喷嘴雾化特性的数值模拟

利用FLIJENT软件对燃烧室离心式喷嘴的喷雾特性进行数值K-ε模拟.湍流模型采用标准模型,使用离散相模型(包括碰撞和破碎模型)追踪液滴运动轨迹,按非定常流动计算喷雾液滴在喷雾流场中的雾化情况.模拟结果给出了喷雾流场随着时间的变化规律,得到并分析了喷射压差、流量和喷雾锥角对雾化液滴尺寸、贯穿距的影响,数值模拟得到的结果与实验值吻合良好,为喷嘴结构及参数设计提供理论参考.     

微槽平板热管传热性能的实验研究

系统地研究小充液率条件下重力对微槽平板热管传热性能的影响,分析了工作温度、冷却方式等影响因素.发现重力对热管径向液膜的分布影响比较小,而对轴向的影响比较明显,从而使得倾角较大地影响了热管的传热能力.进一步证明了深槽平板热管具有良好的传热性能.     

有限气体容积内的液滴传热传质模型与理论分析

用传热传质学基本原理,建立了液滴在有限高温气体容积中的传热传质模型,对液滴在有限高温气体容积内的动态传热传质过程进行了数值求解,分析了有限气体容积和气体初始温度对液滴直径、蒸发速率、蒸发效率的影响。结果表明:在有限气体容积条件下,液滴直径随时间的变化规律与常见的d2规律有明显差异,气体容积越小,液滴蒸发速率越小,蒸发效率越低;气体初始温度越高,液滴蒸发速率越大,蒸发效率越高。     

Brill流型的脉冲防暴水炮发射管内气液两相流流型

搭建了脉冲防暴水炮气液两相流动力研究的模化实验平台,对水炮发射管进行可视化研究的改装,通过高速摄影机来拍摄发射管内气液两相流气液界面运动的行为。简化了水炮的三维物理模型,应用OpenFOAM软件自带的大涡数值模拟模型(LES)对发射管内气液两相流进行流场仿真,得到了流型的演变过程。数值模拟结果显示脉冲防暴水炮发射管内气液两相动力过程的流型演变规律为:开始阶段为冲击流,但持续时间极为短暂;然后演变为环状流,持续时间较长;最后为气液掺混阶段的雾状流。数值模拟结果与实验结果吻合良好。     

气液同轴式喷嘴雾化特性的试验

通过试验研究气液同轴直流式和气液同轴离心式喷嘴的雾化性能。研究表明:喷嘴出口扩张时可以改善喷嘴的雾化性能;气液同轴直流式和气液同轴离心式喷嘴都存在一个合适的缩进长度,在改善喷嘴雾化特性的同时对总流量影响较小;在相同条件下,气液同轴离心式喷嘴的喷雾性能要优于气液同轴直流式喷嘴的喷雾性能。     

二元混压式高超声速进气道流场数值模拟

使用有限差分法,TVD二阶迎风格式,Baldwin-Lomax湍流模型,对二元混压式高超声速进气道设计状态和非设计状态的粘性流场和性能进行了数值模拟,并分析了出口反压及隔离段长度对进气道流场的影响。结果表明隔离段长高比对进气道出口参数影响较大;隔离段出口反压不能太高,否则会引起进气道不起动。     

平板湍流边界层内气泡流流动实验研究

在低湍流度水槽里 ,利用片光源显示了平板气液两相湍流边界层内气泡流的流场结构 ,研究了平板安装位置、来流速度、喷气方式等参数对湍流边界层内气泡流的影响 .利用激光测速技术测量了平板水平放置时气泡流最外缘处的水平速度及厚度 .结果表明 :平板喷气减阻的原因在于喷气改变了平板湍流边界层的流动结构 ,抑制了湍流     

冷喷涂粒子速度影响因素的数值模拟与分析

冷喷涂过程中,粒子速度直接影响冷喷涂材料改性效果.由于射流流场为超音速气固两相冲击射流,用实验方法研究粒子速度的影响因素很困难,为此通过数值模拟方法再现流场中粒子速度的变化情况.用Fluent软件以冷喷涂技术中超音速气固两相射流流场为研究对象,对于气固两相流的模拟,则采用颗粒轨道模型(欧拉-拉格朗日模型)获得粒子在射流流场的速度变化情况;分析粒径、材料、喷涂距离以及载气等因素对粒子速度的影响.进一步优化冷喷涂工艺方案,得到了粒子特性与粒子到达基板前最大速度之间的优化关系.